በኒውክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ የዚርኮኒየም ቱቦዎች ለምን አስፈላጊ ናቸው?

የዚርኮኒየም ልዩ የኑክሌር ንብረቶች ተብራርተዋል።

ለኑክሌር አፕሊኬሽኖች የዚርኮኒየም ልዩ ተስማሚነት ከልዩ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት የሚመነጭ ነው። እነዚህ ባህሪያት በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ የነዳጅ ማቀፊያ ቱቦዎችን ለመሥራት በጣም ጥሩ ምርጫ ያደርጉታል.

ዝቅተኛ የኒውትሮን መሳብ መስቀለኛ ክፍል

በኒውክሌር አፕሊኬሽኖች ውስጥ የዚርኮኒየም በጣም ወሳኝ ባህሪያት አንዱ ዝቅተኛ የኒውትሮን መሳብ መስቀለኛ ክፍል ነው። ይህ ማለት ዚሪኮኒየም አብዛኛዎቹ ኒውትሮኖች ሳይያዙ እንዲያልፉ ያስችላቸዋል, ይህም የኒውክሌር ፊዚሽን ሂደት በብቃት እንዲቀጥል ያደርጋል. ይህ ንብረት ጥገኛ የሆኑ የኒውትሮን ኪሳራዎችን በሚቀንስበት ጊዜ በሪአክተር ኮር ውስጥ ያለውን የሰንሰለት ምላሽ ለመጠበቅ ወሳኝ ነው።

እጅግ በጣም ጥሩ የመቋቋም ችሎታ

Zirconium በተለይ ከፍተኛ ሙቀት ባለው ውሃ እና የእንፋሎት አካባቢዎች በተለይም በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ከፍተኛ የሆነ የዝገት መቋቋምን ያሳያል። ይህ የመቋቋም አቅም በብረት ወለል ላይ ቀጭን ፣ ተጣብቆ የሚይዝ ኦክሳይድ ሽፋን በመፍጠር ፣ ይህም ለበለጠ ዝገት እንደ መከላከያ ሆኖ ያገለግላል። የ zirconium ቱቦየሚበላሹ ሁኔታዎችን የመቋቋም ችሎታ የነዳጅ ማቀፊያው የረጅም ጊዜ ታማኝነት ያረጋግጣል ፣ ራዲዮአክቲቭ ቁሶች ወደ ሬአክተር ማቀዝቀዣ እንዳይለቀቁ ይከላከላል።

ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥብ እና የሙቀት መረጋጋት

በግምት 1855 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ የማቅለጥ ነጥብ ያለው ዚርኮኒየም በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ከፍተኛ የሥራ ሙቀት ላይ መዋቅራዊ አቋሙን ይጠብቃል። ይህ የሙቀት መረጋጋት የነዳጅ ስብስቦችን ጂኦሜትሪ ለመጠበቅ እና ከነዳጁ ወደ ማቀዝቀዣው ትክክለኛውን ሙቀት ለማስተላለፍ በጣም አስፈላጊ ነው. የዚርኮኒየም ክላዲንግ የሙቀት ብስክሌትን የመቋቋም እና በውጥረት ውስጥ የሚንሸራተቱ ለውጦችን የመቋቋም ችሎታ ለሬአክተር ኮር አጠቃላይ ደህንነት እና አስተማማኝነት አስተዋጽኦ ያደርጋል።

የሜካኒካል ጥንካሬ እና ቅልጥፍና

በኑክሌር አፕሊኬሽኖች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ የዚርኮኒየም ውህዶች የጥንካሬ እና የመተጣጠፍ አቅምን ያመጣሉ. ይህ ውህድ ክላቹ ከፋሲዮን ጋዝ ክምችት ውስጣዊ ግፊትን እንዲቋቋም ያስችለዋል እና በሪአክተር ኦፕሬሽን ወቅት የሙቀት መስፋፋትን እና መኮማተርን ለማስተናገድ በቂ ተለዋዋጭ ሆኖ ይቆያል። የዚርኮኒየም ቱቦዎች ሜካኒካል ባህሪያት በተለመደው የአሠራር ሁኔታ እና ሊከሰቱ በሚችሉ የአደጋ ሁኔታዎች ውስጥ ውድቀትን ለመቋቋም አስተዋፅኦ ያደርጋሉ.

የ Zirconium ቲዩብ ውድቀት የደህንነት አንድምታዎች

የዚርኮኒየም ቱቦዎች በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ያሉትን አስቸጋሪ ሁኔታዎች ለመቋቋም የተነደፉ ሲሆኑ፣ ውድቀታቸው ሊያስከትል የሚችለውን መዘዝ መረዳቱ የሬአክተርን ደህንነት ለመጠበቅ እና የንድፍ ደረጃዎችን ለማሻሻል ወሳኝ ነው።

ክላዲንግ መጣስ እና ራዲዮአክቲቭ መልቀቅ

ከዚሪኮኒየም ቱቦ ብልሽት ጋር የተያያዘው ዋናው የደህንነት ጉዳይ የራዲዮአክቲቭ ቁሶችን ወደ ሬአክተር ማቀዝቀዣ ሥርዓት መለቀቅ ነው። የመከለያው ትክክለኛነት ከተጣሰ ከነዳጅ ቅንጣቶች ውስጥ የፋይል ምርቶች ማምለጥ ይችላሉ, ይህም ዋናውን የኩላንት ዑደት ይበክላል. ይህ ሁኔታ በሪአክተር ክምችት ውስጥ የጨረር መጠን እንዲጨምር እና ለጥገና እና ለመበከል የሬአክተር መዘጋትን ሊጠይቅ ይችላል።

የዚርኮኒየም-የእንፋሎት ምላሽ

በከባድ የአደጋ ሁኔታዎች ውስጥ ቀዝቃዛ እና ዋና መገለጥ ማጣት ፣ zirconium ቱቦዎች በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ በእንፋሎት ያልተለመደ ምላሽ መስጠት ይችላል። ይህ ምላሽ ሃይድሮጂን ጋዝ እና ተጨማሪ ሙቀትን ያመጣል, ይህም የአደጋውን እድገት ሊያባብሰው ይችላል. የተፈጠረው ሃይድሮጂን በበቂ መጠን ከተከማቸ የፍንዳታ አደጋን ይፈጥራል፣ በፉኩሺማ ዳይቺ የኑክሌር አደጋ በአሳዛኝ ሁኔታ እንደታየው።

የነዳጅ ጂኦሜትሪ መዛባት

የዚርኮኒየም ሽፋን አለመሳካቱ የነዳጅ ማገጣጠሚያ ጂኦሜትሪ ወደ ማዛባት ሊያመራ ይችላል. ይህ መዛባት የቀዘቀዘውን ፍሰት ሊያስተጓጉል ይችላል፣ ይህም በአካባቢው የሙቀት መጠን መጨመር እና በአጠገባቸው ባሉ የነዳጅ ዘንግ ላይ ተጨማሪ ጉዳት ሊያደርስ ይችላል። ስለዚህ አጠቃላይ የኮር ጂኦሜትሪ ለመጠበቅ እና ውጤታማ ሙቀትን ለማስወገድ የዚሪኮኒየም ቱቦዎች መዋቅራዊ ጥንካሬን መጠበቅ አስፈላጊ ነው።

የረጅም ጊዜ የደህንነት ግምት

አስከፊ ውድቀት ባይኖርም, ከጊዜ ወደ ጊዜ የዚሪኮኒየም ቱቦዎች ቀስ በቀስ መበላሸታቸው የደህንነትን ተፅእኖ ሊያስከትል ይችላል. እንደ በጨረር የሚፈጠር embrittlement, hydriding, እና ዝገት ያሉ ምክንያቶች ሽፋን ያለውን የረጅም ጊዜ አፈጻጸም ላይ ተጽዕኖ ይችላሉ. የሬአክተር ደህንነትን ከማበላሸቱ በፊት ሊከሰቱ የሚችሉ ጉዳዮችን ለመለየት እና ለመፍታት መደበኛ ቁጥጥር እና ንቁ የጥገና ስልቶች አስፈላጊ ናቸው።

የዚርኮኒየም አማራጮች፡ የንፅፅር ትንተና

የዚርኮኒየም ውህዶች ለአስርተ አመታት ለኑክሌር ነዳጅ መሸፈኛ መደበኛ ቁሳቁስ ሲሆኑ፣ በመካሄድ ላይ ያሉ ጥናቶች በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ደህንነትን እና አፈፃፀምን ለማሻሻል አማራጭ ቁሳቁሶችን ይመረምራል።

የሲሊኮን ካርቦይድ (ሲሲ) ውህዶች

የሲሊኮን ካርቦይድ ውህዶች በዚሪኮኒየም ላይ የተመሰረተ ሽፋንን እንደ ተስፋ ሰጪ አማራጭ ብቅ ብለዋል. ሲሲ የሚከተሉትን ጨምሮ በርካታ ጥቅሞችን ይሰጣል

• ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቋቋም፣ ከፍተኛ የሥራ ሙቀቶችን እና የተሻሻለ የሙቀት ቅልጥፍናን እንዲኖር ያስችላል
• ከፍተኛ ሙቀት ባለው የእንፋሎት መጠን ዝቅተኛ የኦክሳይድ መጠን፣ በአደጋ ሁኔታዎች ወቅት ሃይድሮጂንን ማመንጨትን ይቀንሳል
• በ irradiation ስር እጅግ በጣም ጥሩ የመጠን መረጋጋት

ነገር ግን፣ የሄርሜቲክ ሲሲ ቲዩቦችን እና ባህሪያቸውን በመደበኛ የስራ ሁኔታዎች ውስጥ በመፍጠር ላይ ተግዳሮቶች ይቀራሉ።

FeCrAl alloys

የብረት-ክሮሚየም-አልሙኒየም (FeCrAl) ውህዶች በምርመራ ላይ ሌላ አማራጭን ይወክላሉ. እነዚህ ውህዶች የሚከተሉትን ያቀርባሉ:

• ከዚሪኮኒየም ውህዶች ጋር ሲነፃፀር የተሻሻለ የኦክሳይድ መቋቋም
• ከፍተኛ ሙቀት ባለው የእንፋሎት መጋለጥ ወቅት የሃይድሮጅን የማመንጨት መጠን ይቀንሳል
• ከሴራሚክ-የተመሰረቱ አማራጮች ጋር ሲወዳደር ቀላል የማምረት አቅም ያለው

የFeCrAl alloys ዋነኛው መሰናክል የኒውትሮን ቅጣቱን ለማካካስ በነዳጅ ማበልጸግ ወይም በዋና ዲዛይን ላይ ለውጦችን የሚጠይቅ ከፍተኛ የኒውትሮን መምጠጥ መስቀለኛ ክፍል ነው።

ሞሊብዲነም ላይ የተመሰረቱ ቅይጥ

ሞሊብዲነም ውህዶች ለከፍተኛ የማቅለጫ ነጥብ እና ጥሩ ሜካኒካዊ ባህሪያቸው ከፍ ባለ የሙቀት መጠን ተቆጥረዋል. ሊሆኑ የሚችሉ ጥቅሞች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

• እጅግ በጣም ጥሩ ከፍተኛ-ሙቀት ጥንካሬ እና ሸርተቴ መቋቋም
• ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity), ከነዳጅ የሚወጣውን የሙቀት ማስተላለፍን ሊያሻሽል ይችላል

ይሁን እንጂ እንደ ኦክሳይድ መቋቋም እና የኒውትሮን መሳብ ባህሪያት ያሉ ተግዳሮቶች ለተግባራዊ አተገባበር መፍትሄ ያስፈልጋቸዋል.

የተሸፈኑ ዚርኮኒየም ቅይጥ

አማራጭ አቀራረብ ነባሩን የዚሪኮኒየም ቅይጥዎችን በተራቀቁ ሽፋኖች ማሳደግን ያካትታል. እነዚህ ሽፋኖች ዓላማዎች የሚከተሉት ናቸው:

• በተለመደው እና በአደጋ ሁኔታዎች ውስጥ የዝገት መቋቋምን ያሻሽሉ
• የሃይድሮጅንን መውሰድን ይቀንሱ, የመበሳጨት ስጋቶችን ይቀንሱ
• የአሁኑን የነዳጅ ዲዛይኖች የአደጋ መቻቻልን ሊጨምር ይችላል።

ይህ አካሄድ አሁን ባለው የማኑፋክቸሪንግ መሠረተ ልማት ላይ መገንባት እና በዚሪኮኒየም ላይ በተመረኮዘ የአሠራር ልምድ ላይ የመገንባት ጥቅም ይሰጣል።

Zirconium ቲዩብ

እነዚህ አማራጮች ተስፋዎችን ሲያሳዩ, Zirconium ቲዩብ በደንብ ከተረዱት ንብረቶቹ እና ከተረጋገጠ አፈፃፀሙ አንፃር በንግድ የኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ማዕከላዊ ቁሳቁስ ሆኖ ይቆያል። ነገር ግን፣ ማንኛውም አዲስ ነገር ዚርኮኒየምን በንግድ የኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ከመተካቱ በፊት ሰፊ የሙከራ እና የብቃት ሂደቶች ያስፈልጋሉ። የኒውክሌር ኢንዱስትሪ ጥብቅ የደህንነት ደረጃዎች እና የረጅም ጊዜ የስራ አፈጻጸም መረጃ አስፈላጊነት አዲስ የመሸፈኛ ቁሳቁሶችን ለመውሰድ ከፍተኛ ፈተናዎችን ይፈጥራል።

እነዚህ አማራጮች ተስፋዎችን የሚያሳዩ ቢሆንም፣ ማንኛውም አዲስ ነገር ዚርኮኒየም በንግድ ኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ከመተካቱ በፊት ሰፊ የሙከራ እና የብቃት ሂደቶች ያስፈልጋሉ። የኒውክሌር ኢንዱስትሪ ጥብቅ የደህንነት ደረጃዎች እና የረጅም ጊዜ የስራ አፈጻጸም መረጃ አስፈላጊነት አዲስ የመሸፈኛ ቁሳቁሶችን ለመውሰድ ከፍተኛ ፈተናዎችን ይፈጥራል።

መደምደሚያ

ወሳኝ ሚና zirconium ቱቦዎች በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ከመጠን በላይ ሊገለጽ አይችልም. የእነሱ ልዩ የንብረቶቹ ጥምረት ለደህንነቱ የተጠበቀ እና ቀልጣፋ የኑክሌር ኃይል ማመንጫ አስፈላጊ ያደርጋቸዋል። የኒውክሌር ኢንደስትሪው እየተሻሻለ በሄደ ቁጥር በአማራጭ ማቴሪያሎች እና በተሻሻሉ የዚርኮኒየም ውህዶች ላይ የሚደረገው ምርምር የሬአክተር ደህንነትን እና አፈፃፀምን የበለጠ ለማሻሻል ቃል ገብቷል።

በኑክሌር ኢንዱስትሪ ውስጥ ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን የዚርኮኒየም ምርቶችን ለሚፈልጉ፣ Baoji Freelong New Material Technology Development Co., Ltd. ልዩ መፍትሄዎችን ይሰጣል። በቻይና ታይታኒየም ሸለቆ በባኦጂ ከተማ ውስጥ የምንገኘው ዚሪኮኒየም፣ ታይታኒየም፣ ኒኬል፣ ኒዮቢየም፣ ታንታለም እና ሌሎች የላቁ የብረታ ብረት ቁሶችን በማምረት እና ወደ ውጭ በመላክ ላይ ነን። ለጥራት እና ለአገልግሎት ያለን ቁርጠኝነት በመላው አውስትራሊያ፣ ኮሪያ፣ ጀርመን፣ ዩኤስ፣ ዩኬ፣ ማሌዥያ፣ አዘርባጃን፣ መካከለኛው ምስራቅ፣ ታይዋን እና ሌሎች ደንበኞች እምነት አትርፎልናል። የደንበኞቻችንን የጥራት ደረጃ በማሟላት እና በማለፍ እራሳችንን እንኮራለን፣ በልህቀት ላይ ምንም ስምምነት የለም።

የእኛን የተለያዩ የዚርኮኒየም ምርቶች ለማሰስ ወይም የእርስዎን ልዩ ፍላጎቶች ለመወያየት እባክዎን በ ላይ ያግኙን። jenny@bjfreelong.com. የኛ የባለሙያዎች ቡድን ለእርስዎ የኑክሌር ኃይል ማመንጫ ክፍሎች ፍፁም መፍትሄ እንዲያገኙ እርስዎን ለመርዳት ዝግጁ ነው።

ማጣቀሻዎች

1. Zinkle, SJ, & Was, GS (2013). በኑክሌር ኃይል ውስጥ የቁሳቁሶች ተግዳሮቶች። Acta Materialia, 61 (3), 735-758.

2. Terrani, KA (2018). አደጋን የሚቋቋም የነዳጅ ሽፋን ልማት፡ ተስፋ፣ ሁኔታ እና ተግዳሮቶች። የኑክሌር ቁሶች ጆርናል, 501, 13-30.

3. Motta, AT, Couet, A., & Comstock, RJ (2015). ለኑክሌር ነዳጅ መሸፈኛ የሚያገለግሉ የዚርኮኒየም ውህዶች ዝገት. የቁሳቁስ ጥናት አመታዊ ግምገማ, 45, 311-343.

4. Bragg-Sitton፣ SM፣ Todosow፣ M.፣ Montgomery, R., Stanek, CR, Montgomery, R., & Carmack, WJ (2016)። የብርሃን ውሃ ሬአክተር አደጋን መቋቋም የሚችል ነዳጅ የቴክኒክ አፈፃፀም መለኪያዎች. የኑክሌር ቴክኖሎጂ, 195 (2), 111-123.

5. Allen, TR, Konings, RJM, እና Motta, AT (2012). የዚሪኮኒየም ውህዶች ዝገት. አጠቃላይ የኑክሌር ቁሶች, 5, 49-68.

6. Yvon, P., & Carré, F. (2009). ለላቁ የሬአክተር ስርዓቶች መዋቅራዊ ቁሳቁሶች ተግዳሮቶች። የኑክሌር ቁሶች ጆርናል, 385 (2), 217-222.